Введение к работе
Актуальность темы. Развитие теории зонного антиферромагнетизма волп спиновой плотности (ВСП) стало весьма актуальным в последние годы в связи с созданием и широким использованием большого числа металлических, сверхпроводящих а полупроводниковых сплавов и соединении на основе переходных и редкоземельных металлов, отличающихся сложными магнитными к тепловыми характеристиками [1]. Одним из важных вопросов, возникающих при описании их свойств, является установление связи особенностей электронной структуры этих соединений с условиями происходящих в них фазовых превращений. Тенденция к антиферромагнетизму в ряде систем связывается со специфической топологией поверхпости Ферми, которая заключается в наложении ("нестин-ге") ее электронных и дырочных участков при сдвиге на некоторый вектор ojv в пространстве квазиимпульсов. В результате многочисленных экспериментальных исследований и расчетов зонной структуры надежно установлено, что наличие почти конгруэнтных электронных и дырочных участков поверхности Ферми отнюдь пе является исключением. Наиболее известным примером такой системы может служить хром и его многочисленные сплавы [1]]. Похожая ситуация имеет место и в ряде других систем, например, таких как геликоидальные магнетики - сплавы иттрня с тяжелыми редкоземельными металлами [3], ии-терметаллическом соединении из класса фаз Лавеса со структурой С15 TiBci [1), халькогенидах ванадия V.V, ИЛ, VJ.Ye, Л' = S, Se [1], упорядоченных бинарных сплавах м&рганпа с металлами VII и VIII групп [4] и Других. Обсуждается также применимость данной модели ВСП к металлооксидам и возможная связь ВСП с явлением высокотемпературной сверхпроводимости [5].
Из всех вышеперечисленных соединений с ВСП одним из наиболее хорошо изученных экспериментально является сплав TiBei с температурой Не-еля 7 — 2 А". Теоретическому рассмотрению зонного антиферромагнетизма данного соединения посвящена обстоятельная робота Энн» [6],в которой, в рамках теории среднего поля рассматривается модель нестинга (вкладывающихся поверхностей Ферми). Эта работа позволила выявить некоторые важные противоречия между теоретическими расчетами и экспериментом. Так, измерения теплоемкости позволяют оценить плотность состояний конгруэнтных участков как д^ st 49 (Ry яч)"1, что всего лишь в три раза меньше полной плотности состояний при энергии Ферми. Соответствующая этой плотности состояний температура Нееля я модели, рассматриваемой Энном, должна была бы быть на порядок выше экспериментально наблюдаемой. Поэтому Энд в своей работе произвольно принимает р<**' = 10 {Ry ач)"1. Как отмечалось в обзоре [1], данное расхождение между экспериментальной оценкой а необходимой для модели величиной плотности состояний связано, по-вядиыому, е аномально большим обменным усилением, обнаруженным в сплаве TiBtj. В этом случае для объяснения свойств TiBej необходимо учитывать не только топологические особенности поверхности Ферми, но а эффекты спиновых флуктуации.
Ho современной теорія икгяетяома коллективизированных электронов вп єство, что термодинамическое поведение магнитных я других физически? свойств различных металлов в сплавов (как феррс-, так в антяферромагвит-вых) определяется аляяяяем спиновых флуктуация (СФ) (см., например, [7]} Разработка метопов учета сливовых флуктуация в модели водя спиновой плот-востн остаетсі пока верешенной проблемой я именно с отим обстоятельством в большой степеня, связаны мметные количественные расхождения реоульта тов теоретячесмис расчетов в экспериментальных данных [1]. По существу имеется лишь одна работ* [8], в которой была предпринята попытка учета спиновых флуктуации в модели ВСП. Однако развитая в работе [8] теорві термодинамических автиферромагнитных СФ является несамосогласоаанной так как яе учитывает их влияния на неоднородную динамическую восприимчивость, рассматривает только амплитудные флуктуации ВСП, пренебреги наличием флуктуации направления вектора поляризации, сводит весь флукту< ационньш аффект лишь к незначительным (по сравнению с теорией среднегі поля) поправкам для температуры Нееля Ты и не описывает ближний магнит кый порядок.
Целый ряд последних открытий обострил интерес к системам с ВСП. Так эксперименты по неупругому рассеянию нейтронов в чистом хроме, являющем ел классическим зонным автнфгрроиагнетиком с ОСП (7\ а 312 К), и ег разбавленных сплавах ()] указывают ва наличие в отих системах простраї ствевиых спиновых корреляций особого типа, описываемых в представления < сохранения волны сливовой плотности в области, захватывающей примерно дс сять элементарных ячеек и сохраняющейся вплоть до температур (1.7-2.2)7 А именно, относител-но слабое размывание пика вблизи (100) на нейтронограь ые с ростом температуры свидетельствует о наличии в О ближнего порядіі приТ>Гл.
Особенно интересными оказались результаты недавних нентронографкческЕ измерений, обнаруживших существование магнитных возбуждений, епецифич ских для систем с ВСП (так называемых "ВСП-парамагновов"), в парамаї ниткам сплаве Cr + b%V ь интервале от низких температур до 300 К [ Существование ВСП-парамагяонов выше Тц вытекает н из экспериментов t рассеянию нейтронов в лантаново-медном оксиде La^CuOit, претерпевающе переход в антиферромагнитное состояние при Tn а 200 Л' в являющемся при тотиоом высокотемпературных сверхпроводников. В обоих случаях вьіівлензь особеиности в неупругом рассеянии нейтронов могут быть связаны с наличш ближнего антиферромагнитного порядка в парамагнитной фазе [9].
В недавней работе [10] была предложена модель бяи*аего порядка ("ло хализовавная волна спиновой плотности"), индуцированного крупномасшта! кыып флуктуациямн состава в знтнферромагннтяых сплавах. Хотя подобны механизм является вполне реалистичным, не очевидно, что лишь к нему С* дится решение всей проблемы происхождения ближнего антиферрсмагвнтиоі порядка, поскольку в его рамках не находит объяснения факт наличия блиа
него порядка выше Ти в чистом хроне. Таким образом, не вызывает сомнений сам» необходимость учет» термадявамячесхях сливовых флуктуация, особово в свете ікнтрояографическях исследования, виївявгаик наличие ближнего порідка прн 7* > 7V- Кроме топ», как отмечаюсь a [lj, для хрома существует расхождение между экспериментальной температурой Нееля Т^* я теоретической Т#, полученной а приближении среднего поя* с поправкой яа векон-груэнтность электрон-дырочных участков поверхности Ферт. В этом смысле теории [Т], пок&эавшве уменьшение Т$ по сравнению со зваченикмх, яайдев-вымв в рамжах теория средяего поля, лвлпотся важным аргументом в пользу спян-флухтуааноняого подхода.
Цель работы - развитие слвн-фтуктуациоввого подхода пря анализе свойств систем с ВСП-яеустоичивостью я рассмотрение вытекающих из вето следствен ярнмеиитеяыю к конкретным физическим характеристикам зонных ыагветвков.
Научная вояяона. 1. В рамхах монета зонного антиферромагнетніа с трн-плетвым спариванием особых кицгрулвтиых ааек іровных я дырочных участю» поверхности Ферм*, рассмотренное с учетом крупномасштабных аятяферро-магнатяых фзухтуалвя, оотучеяо существование сильного ближнего магянт-яого порядка выше Тц я одновременное значительное понижение Тм за счет флуктуация триплетвой связи по сравнению с теорией средяего поля, что качественно соответствует экспериментам.
2. Описан механизм вляпан сливовых фіуктуапнн на слабый зоввын антиферромагнетизм в рамхах двухтонной моагяя ВСП, не связанный С непосред-сівеишлмрасселвнемззекгришавВСПвагпияг^^фяуктуацяжкнпріїводддвй к понижению температуры Вес» яа 1-2 порядка по сравнению с теорией средяего поля, что позволяет получать согласие с оксперяментом.
X Развита теория воктвхяояеяхя ооввых аятвферро- я парамагнетиках ферромагвстизх«»»ограявчевтаомвиіер»*аетеііиера^^ флуктуаснямя епкяяюй плотвостя, я яа ее основе исследованы вооможвость я условия осуществления ьш ид іиоси фазового перехода из аатифгрромагшітиоі» состоявяя в ферромагнитное. Получен механизм раорулстнк дальнего аятвфер-ромагшггвого поряди * системах с ВСП-жуїяАчяаочи» за счет унеяячеяяя степеїш гофрвровхя особых участю» тверддахія Ферми вядуїщчжааньщ фер-ромагяхтньш параметром порядка.
4. С учетом ввформащш об зэеятрокяоя «рукгуре сплавов Mn»Si я TiBet построены температурные завжямоои их дектроняоя теплоемкости я коэф-фяяяеят» тецдовего расширения. Учет фдухтуадин дозволял uuayчягь особея-вости этих фимвческях харак терне «як вря тех я» темжратурах, что в и» эксперименте.
Научная я прижтячесхяя ценное!ь. Проведенные в диссертационной работе исследования івлиоияая объяснять особенности я специфику аятвферро-маінн'їниіи уаоряядгчеяжя язонныхмагяетяках я развить представления о причинах иабдюдаиаттся на опите янгаякыпвс сясист» атвх <л>едяигвжй. Пояучея-
ные соотношения, описывающие различные физические характеристики оонпых магнетиков, позволяют по новому интерпретировать результаты экспериментальных исследований и предсказать ряд новых особенностей в их свойствах. На опщиту выносятся.'
-
Выведенные выражении для термодинамического потенциала и неоднородной динамической восприимчивости оонных ангнферромагнетиков в модели ВСП, учитывающие вклад спиновых флуктуации и позволяющие описать ближний магнитный порядок в оонных аитнфсрромагнетиках, индуцированный спиновыми флухтуяииями.
-
Установленные в работе аналитические соотношения, описывающие влияние флуктуации на слабый зонный антиферромагнетизм в двухзонной модети ВСП и демонстрирующие пониженно температуры Нееля на один-два порядка по сравнению со опачением Ту, предсказываемым теорией среднего поля, что позволяет получить согласие с экспериментом.
-
Представления о влиянии сильных спиновых флуктуашій на оакономерно-стп магнитных превращений "aятяфeppoмarнeтик-фeppoмлгпeтпк,,.
1. Полученные аналлтпческие выражения, описывающие температурные зависимости электронной теплоемкости и коэффициента теплокого расширения слабых оопиых магнетиков.
5. Результаты расчетов влияния флуктуации на характер температурных зависимостей электронной теплоемкости и коэффициента теплового расширения слабых зонных антцферромагнетпков ЛГпз$і п ТіВег в обзастя магнитного фазового перехода.
Апробация работы. Основное содержание диссертации отражено в 6 публикациях. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались ва II Всесоюзном семинаре "Магнитные фазовые переходы и критические явления" (Махачкала, 19S9 г.), V Всесоюзной конференции по кристаллохимии интерме-таялическнх соединений (Львов, 19S9 г.), республиканском научном семинаре "Фиэака магнитных явлений" (Донецк, 19Э0 г.), IV Всесоюзном симпозиуме "Неоднородные электронные состояния" (Новосибирск, 1991 г.).
Объем работы. Дассератацяопная работа состоит га введених, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы из 130 наименований и приложения. Полный текст диссертации составляет 92 стр., включая 16 рисунков и 4 таблицы.
